CN105431745B - 提供关于半导体元器件的老化状态的信息 - Google Patents
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Abstract
对于具体的功率半导体能可靠地确定老化状态。对此在半导体元器件(IGBT 1)开始运转之前测定温度电压特征曲线(S1)和半导体元器件的热阻的参考阻值(S2)。在开始运转之后为了确定当前的热阻值(S5)而确定半导体元器件在其加热时的温度上升(S3，S4)。随后测定当前的热阻值和参考阻值之间的差(S6)，并且取决于此地给出关于老化状态的信息(S7)。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于提供关于功率电子设备的半导体元器件的老化状态的信息的方法。特别地，应当能够提供关于电运行的车辆或风轮的变流器的半导体元器件的这样的信息。此外，本发明涉及一种功率半导体装置，其提供关于半导体元器件的老化状态的信息。
背景技术
功率半导体老化。类似于汽车轮胎的轮廓，功率半导体(IGBT，Diode，MOSFET等)磨损直到故障。在电运行的车辆的变流器中采用功率半导体时，这样的故障能够导致变流器输出级的自发的完全故障，其结果是机动车辆无法行驶。与例如汽车轮胎其轮廓磨损取决于车道特性、驾驶员的驾驶行为和天气的情况相类似地，功率半导体同样取决于多个应用参数不同地快速老化。然而其它的与汽车轮胎的情况不同地，不能够利用视觉检测测定功率半导体的老化状态。为了测量寿命消耗，需要虚拟的阻挡层温度(仅能间接测量)，并且此外在负载电流时的导通电压是适合的。虚拟的阻挡层温度(利用测量电流测量)联系产生虚拟的阻挡层温度的损失功率给出了关于半导体的内部老化状态的消息，同时在存在负载电流(比测量电流大二至四个数量级)时的导通电压给出了关于芯片上侧触点接通的状态的消息。
该测量方法在负载变换测试时应用。负载变换测试是在功率半导体的研发/资格证明阶段中进行的类型试验，根据其结果测定功率半导体的寿命曲线。对此必须在用于确定虚拟的阻挡层温度(后面也简称为“阻挡层温度”)的测试开始之前选择性地调校功率半导体。现今习惯的方法、从外部加热半导体的“被动调校”必须利用附加设备实施(加热室或者加热板)，并且不能够在使用位置(变频器)中实现。
迄今为止在产品研发期间的准备阶段中计算的是，相应的功率半导体多长时间执行完其功能。为了在机动车辆领域中估测功率半导体的寿命，在功率半导体的寿命曲线上反映了寿命模拟中的不同的行驶轨迹。计算的质量一方面取决于行驶轨迹的有关实践，并且另一方面取决于之后的现实，即电运行的车辆的驾驶员实际上是否遵循制造商的行驶轨迹。后者也许是很少见的情况。迄今为止无法实现寿命消耗或者老化率的现场测量。
从在后公开的DE 10 2012 005 815中已知了用于测定功率电子设备的半导体元器件的温度调校特征曲线的方法。对此，半导体元器件的功率接口与用于负载电流的第一电流源、用于测量电流的第二电流源、用于测量要么经由功率接口要么经由与功率接口连接的辅助接口下降的电压的伏特表联接。此外，与数据处理系统连接的半导体元器件在接通第一电流源时的间隔中经由其损失功率加热。在通过半导体元器件的热学的主时间常数确定的时间段之后的间隔之间的、在断开第一电流源和接通第二电流源时经由功率接口或辅助接口下降的电压作为代表温度的值来测量。同时，温度借助于至少一个在半导体元器件上耦连的并且与数据处理系统联接的温度传感器来检测，并且相应地温度对应于一个电压值。这些值和温度在近似之后形成半导体元器件的调校特征曲线。
DE 10 2010 000 875 Al讲述了用于确定变流器中的功率晶体管的阻挡层温度的方法。此外，该方法用于通过计算功率晶体管的热阻来识别老化现象和用于预测功率半导体的剩余寿命。
此外，WO 2013/075 733 Al讲述了用于监视功率晶体管的寿命的方法。对此，未负载的参考晶体管与功率晶体管一起布置在共同的基板上。在测试模式中为参考晶体管和至少一个功率晶体管施加检测电流，其中，用于监视功率晶体管的方法从现在起测定功率晶体管的待预期的剩余寿命。
发明内容
本发明的目的在于，能够在现场更好地确定半导体元器件的老化。
根据本发明，该目的通过用于如下提供关于功率电子设备的半导体元器件的老化状态的信息的方法实现，其如下实现
-在半导体元器件开始运转之前：
ο测定半导体元器件的温度相对于在存在测量电流时在半导体元器件上的电压的特征曲线，并且
ο从半导体元器件的温度上升和损失功率的商中测定半导体元器件的热阻的参考阻值，
-在半导体元器件开始运转之后：
ο测量在存在测量电流时在半导体元器件上的电压，并且根据特征曲线从测量的电压中确定参考温度值，
ο通过由损失功率引起的负载电流加热半导体元器件，测量在加热后在半导体元器件上存在测量电流时的当前电压，并且根据特征曲线从当前电压中确定当前的温度值，
ο从在当前的温度值和参考温度值之间测定的温度上升中确定半导体元器件的当前的热阻值和损失功率，
ο测定当前的热阻值和参考阻值之间的差，并且
ο取决于该差地发出关于半导体元器件的老化状态的信息。
此外，根据本发明提供了用于电机的功率半导体装置，其具有
-功率电子设备的半导体元器件，
-存储装置，在其中存储了
ο半导体元器件的温度相对于在半导体元器件上的电压的特征曲线以及
ο来自半导体元器件的温度上升和损失功率的商的半导体元器件的热阻的参考阻值，和
-测量装置，以用于执行下述步骤：
ο测量在存在测量电流时在半导体元器件上的电压，并且根据特征曲线从测量的电压中确定参考温度值，
ο通过由损失功率引起的负载电流加热半导体元器件，测量在加热后在半导体元器件上存在测量电流时的当前电压，并且根据特征曲线从当前电压中确定当前的温度值，
ο从在当前的温度值和参考温度值之间测定的温度上升中确定半导体元器件的当前的热阻值和损失功率，
ο测定当前的热阻值和参考阻值之间的差，并且
ο取决于该差地发出关于半导体元器件的老化状态的信息。
以有利的方式在半导体元器件开始运转之前、即在生产变流器的范畴中首先实现对半导体元器件的调校，在其中记录温度电压特征曲线，并且测定用于向外运走损失热量的半导体的电阻。随后在开始运转之后、即在半导体元器件的根据规定的现场使用期间，在主动加热半导体元器件之前和之后实施电压测量。随后，从电压测量中推断出温度上升，并且从温度上升中推断出当前的热阻。热阻的变化给出了关于半导体元器件的老化状态的消息。因此，在没有大的开销的情况下能够在半导体元器件的现场使用期间获得关于其老化状态的信息。
根据特征曲线从当前电压中获得的当前的温度值优选地为半导体元器件的阻挡层的虚拟的温度或者代表该温度的值。因此，直接考虑用于估测老化的内部的半导体温度，而不是半导体元器件的外部的温度。
合适地，测量电流比负载电流小至少两个数量级。特别优选地，测量电流位于标称电流或者负载电流的0.25和1％之间。因为负载电流源真正地存在于电运行的车辆的传动系中，所以为了实施仅一个附加测量电流源的根据本发明的方法，通常需要小规模的相应的半导体布置和电压测量装置。
用于加热半导体元器件的负载电流能够是脉动的。因此无需强制要求以直流电或正弦形式的交流电加热。
半导体元器件能够(例如集成到变流器中地)连接到电机上，并且以用于加热半导体元器件的负载电流给该电机通电，以使得电机基本上不运动。因此，负载电流对于测量周期仅用于生成损失热量。
此外能够有利的是，用于提供关于半导体元器件的老化状态的信息的根据本发明的方法直接在开始电机之前或者在关闭电机之后进行，该电机作为负载连接到半导体元器件上。因此，能够向电机的使用者(例如机动车的驾驶员)给出相应的老化信息或相应一致的信息。
对温度电压特征曲线在半导体元器件开始运转之前的测定能够合适地利用如同对半导体元器件上的电压的测量和在半导体元器件开始运转之后对半导体元器件的加热的办法实现。在该情况下，不仅为主动的调校、还为之后的测量应用相同的构件(例如测量电流源、负载电流源、电压测量器等)。因此补偿了系统错误，如果考虑用于调校和测量的不同的设备，将会出现该错误。
半导体元器件能够是变流器的一部分。因此能够例如提早识别变流器的需要预期的故障。
在一个专门的设计方案中，半导体元器件是变流器的多个半电桥中的一个的一部分，其中，半电桥彼此串行地由冷却剂流冷却，并且仅由冷却剂流中最后的半电桥估测老化状态。这具有的优点是，不必对所有的半电桥单独进行老化相关地监视。更确切地说，监视在运行中最热的半电桥就足够了。
取决于发出的关于老化状态的信息能够控制所述半导体元器件的功率。因此，当在不久的将来对半导体元器件的故障需要预期的时候，能够例如减少变流器的功率。
如已经提及的那样，根据本发明的方法或者根据本发明的功率半导体装置能够优选地在机动车或风轮中实施或者集成。因此，能够例如为驾驶员指出即将到来的维修点日期。
如果例如在机动车中采用用于运行电机的集成在功率半导体装置中的半导体元件，那么就从关于半导体元器件的老化状态的信息中为应用相关的用户提供另外的、据此推导出的技术上的提示和由此开启的处理选项。独立于通常为了预防半导体元器件的功率下降和干扰而执行的具体技术措施，对于应用相关的用户的建议和/或警告所指出的是，使其使用行为匹配于半导体元器件的可能的技术上临界的老化状态。有利的是，借助于通信系统，在特别是存在与车辆中的信息系统和/或诊断系统上提供关于半导体元器件的老化状态的信息。信息系统和/或诊断系统能够随后导出技术上的提示和相应的处理选项，并且视觉地和/或听觉地和/或通过机械反馈提供给应用相关的用户。
为了能够准时地识别并且消除半导体元器件的功率下降和有威胁的干扰以及由此导致的对依赖的构件的影响，有利的是，将一个特别地为了避免半导体元器件的技术故障地、关于半导体元器件的老化状态的信息同时刻地传输给应用相关的用户、还有相应的制造商和所选择的维修和维护服务提供商。为了同时刻地传输关于半导体元器件的老化状态的信息，能够例如将通信传送看待为其为了通讯而通常在具有或没有无线通信连接的互联网中。
半导体元器件的制造商、还有将半导体元器件集成在其产品中的制造商在将来从关于半导体元器件的老化状态的根据本发明的信息中具有竞争优势。其能够在实际的运行条件下更可靠地估测半导体元器件的寿命，因此也能够给出用于其高度集成的产品的可靠性的准确的声明，并且此外能够影响在用于改善其产品的有效发展中获得的认知。
如果现在表现出需要替换半导体元器件以及可能的取决于其的构件，那么维修和维护服务提供商就能够借助于将有关半导体元器件的老化状态的信息同时刻传输给其而在物流和技术上对此进行准备。特别地，预防的维修的要求基本上得到支持。以此为方向的用于利用所提出的方法替换半导体元器件的计划能够从现在起有利地保障的是，成本和日期合适地利用物质和人员上的资源。
对关于半导体元器件的老化状态的信息的同时刻的传输借助于位于半导体元器件的安装位置上的通信系统和由制造商和维修和维护服务提供商分别局部地访问的通信系统之间的通信连接、特别是借助于无线通信连接实施。所有已知的通信系统通常也总是提供了用于通信的合适的通信连接。
此外有利的是，将具有合适的通信连接的通信系统集成到功率半导体装置中，并且因此将其布置在半导体元器件的安装位置附近。为应用相关的用户视觉地和/或听觉地提供从关于半导体元器件的老化状态的信息中推导出的技术上的提示和相应的处理选项的信息系统和/或诊断系与半导体元器件的安装位置上的接收关于半导体元器件的老化状态的信息的通信系统可通信地连接。
为了进一步加工和描述关于半导体元器件的老化状态的信息，由相应的制造商以及所选择的维修和维护服务提供商采用相应的信息系统和/或诊断系统，其中，信息系统和/或诊断系统局部地与相应的通信系统可通信地连接。
附图说明
现在根据附图详细阐述本发明，其中示出：
图1是根据当前发明获得关于车辆的变流器构件的老化状态的信息的示意图；
图2是用于测量半电桥中的电参量的电路布置；
图3是虚拟的阻挡层温度关于集电极-发射极-电压的特征曲线；
图4是用于获得关于功率半导体元器件的老化状态的信息的原理方法流程；并且
图5是用于变流器的三个半电桥的冷却系统的原理结构。
具体实施方式
以下详细描述的实施例是本发明的优选的实施方式。
寿命模拟还用于功率半导体的必不可少的基本的设计。根据图1阐述的是，迄今为止如何测定功率半导体元器件的寿命和本发明做出了哪种贡献。图1的实例涉及电运行的车辆的变流器或者变频器。然而，关于老化状态的信息也能够以类似的方式用于任意其它的功率半导体。
汽车制造商从多个实际记录的各个行驶轨迹f1，f2，…，fn中获得典型的(在可能的情况下平均的)行驶轨迹F作为n个单个轨迹的映像。从平均的行驶轨迹F或者相应的半导体的相应的使用轮廓中能够通过模拟1(SIM)实施功率半导体的平均寿命。在机动车的实例中，应当优选地估测变频器输出级的IGBT(或MOSFET)的待预期的寿命。对此在模拟1中将行驶轨迹F换算为变频器的温度轨迹。随后温度轨迹反映在由功率半导体制造商提供的寿命曲线上。由此能够随后为平均的行驶轨迹F估测变流器或者变频器的IGBT的寿命。然而，实际上存在用于n个不同的驾驶员的各个不同的驾驶周期，从而也区分在相应的车辆中的功率半导体的寿命。值得期望的是，能够为各个车辆估测功率半导体的寿命。
为了能够估测使用具体的、单个的使用轮廓的功率半导体元器件的寿命，在当前的实例中为变流器2装配电压测量装置3和测量电流源4。利用附加地集成到变流器2中的构件3，4在变流器的制造程序的结尾在最后检测中优选地进行所谓的“主动的调校”。在此，虚拟的阻挡层温度相对于集电极-发射极-电压的特征曲线利用测量电流源4测定，其供应了相对较小的测量电流(例如500mA)。功率半导体元器件的加热利用基本上功率更强的负载电流源实现。用于“主动的调校”的附加的时间花费为每变频器大约15s至30s。除了温度传感器之外不需要附加的测量设施。
根据调校和单个的行驶轨迹，计算装置6能够现在计算功率半导体的寿命状况并且发出相应的信息。该信息(Info)能够涉及半导体元器件的当前年龄状态或者对剩余的寿命的估测。后者能够关系到单个行驶轨迹的记录和/或具有减少的功率消耗的行驶轨迹。
因此建立了确定老化状态和单个的行驶轨迹之间的实际的关系。每个变流器都能够因此单独地监视。因此能够例如在发动机启动时或在关闭车辆之后实施相应的测试，其在最后检测(参见调校5)时持续大约1/5的时间、即大约3至6s。
如果确定了老化的水平，那么就能够采用相应的步骤。例如，能够在较少的老化时向驾驶员给出下述信息：“请找寻维修点”。在进一步老化时，除了将信息提供给驾驶员以外还的附加地进行变频器功率的节流。
图2示出了变流器的一部分，如其通常在电运行的车辆中采用的那样。并联了各一个续流二极管D1，D2的第一IGBT 1和第二IGBT 2形成了半电桥，并且串联到具有端子DC-和DC+的中间电路上。供应负载电流I_负载的负载电流源7使得中间电路符号化。在两个IGBT之间的中间插头8上接有负载9，其通过电感L和电阻R符号化。在中间插头8和电感L之间能够设置分流器或其它的电流传感器，以便能够实施用于确定损失功率(见下面)的电流测量。
根据本发明，现在在第一IGBT 1的集电极-发射极-路段或辅助集电极-辅助发射极-路段上连接电压测量器3。此外，测量电流源4连接在IGBT1的发射极和中间插头8之间或辅助发射极和辅助集电极。其供应了测量电流I_测量。利用附加的测量装置(还有电压测量器3和测量电流源4)能够保障现场的寿命监视功能，如其在传统的负载变换测试中被使用的那样。一方面能够在存在负载电流I_负载时实施导通电压测量。另一方面能够在存在很小的测量电流时实施导通电压测量，该测量电流通过额外要求的电流源4驱动，并且优选地为功率半导体元器件的标称电流的大约0.025至0.1％。利用存在负载电流时的导通电压识别连接抽头，并且在存在测量电流时识别层递降(通过阻挡层温度测定使热阻变差)。
在存在测量电流时的测量需要已经提及的调校5。优选地执行在后公开的DE 102012 005 815中描述的“主动的调校”，其持续少于一分钟。
主动的调校的特征在于，温度调校特征曲线通过主动地加热检测物通过其自身损失功率而得到。在测量结构中调校时主动地、即利用负载电流加热功率电子设备的半导体元器件形式的模块。加热进程在一个或多个区间中发生。半导体元器件不被冷却，仅水冷却器或空气冷却器的热容在关闭通风装置时进行加载。经由负载电流和由此设定的正向电压在限定的时间主动地加热模块中的芯片。在关断负载电流之后，测量电流经由功率接口馈送。当然也能够在负载电流流动的情况下馈送测量电流，因为由流动的测量电流导致的加热相对于由负载电流导致的能忽略不计。在开始，芯片上的温度显著下降。半导体元器件的热容经由相应地热阻放热到冷却装置中。在此，芯片温度在确定的时间后达到大约冷却体的温度。然后，这两个相同快速地下降。直到两个温度几乎位于相同水平的时间能够从半导体元器件的最大的热学的主时间常数中估测出来。热学的主时间常数能够从制造商说明中测定、是通过制造商测定的说明或者能够估测。
在能自动执行或因此合适于系列产品的调校5中测定调校特征曲线，其表示了图3中的典型的情况。利用减少的虚拟的阻挡层温度Tvj使集电极-发射极-电压Uce升高，并且通常在存在小测量电流时适用的是：Uce＝f(Tvj)。
在具体的情况下，给变流器或者其半导体元器件在去激活的冷却的情况下通过负载电流源7优选地脉动地供应电流。因此例如，在相应的驱控时从中间电路对IGBT馈送，由此出现了通过IGBT 1的电流I_负载和负载9，并且加热IGBT、即半导体元器件。该负载在最后检测中主要是检测现场中的扼流圈或电动机。在半导体元器件开始运转之后，负载在机动车的情况下是其电动机。
在关断负载电流之后等待功率半导体中的温度平衡，这能够持续大约3至10s。现在由测量电流源4馈送测量电流I_测量，并且接收调校特征曲线的值对{Uce；Tvj}。这一次或多次地重复(“主动的调校”)。调校能够明显地也利用其它的方法获得。
调校时的温度值例如通过NTC阻(负温度系数)获得。得出的调校特征曲线(参见图3)在变频器或者变流器中存储。同时在存在负载电流I_负载时测量并且同样存储正向电压(例如借助于上述提及的分流器)。只要在调校和测量时对系统错误进行补偿，那么对电子部件的调校就不是必须的。
在现场在相应的场合中(例如发动机开始时或者发动机关闭后)类似于最后检测地脉动地为IGBT馈送电流。负载9现在是发动机绕组。在此，在存在负载电流I_负载(连接抽头)和测量电流I_测量(热阻)时测量正向电压下降，并且与在最后检测时获得的最后检测(即在半导体元器件开始运转之前)的参考值Rth,ref比较。经由偏差测定老化状态。
功率电子设备中的半导体元器件(简称功率半导体元器件或功率半导体)的老化状态的确定现在结合图4详细阐述。首先在步骤S1中在最后检测时、即在半导体元器件开始运转之前实施提及的调校，以便测定根据图3的温度特征曲线。除了所述“主动的调校”还能够实施通常的“被动的调校”或其它的调校。
此外，在半导体元器件开始运转之前根据步骤S2测定用于从半导体元器件向外、例如朝向热量下降部(冷却装置)的热阻的参考值Rth,ref。热阻是来自温度上升和损失功率的商、即Rth＝ΔT/Pv。在此，损失功率例如对应来自通过IGBT 1的负载电流I_负载和在IGBT 1上的正向电压Uce(通过电压测量单元3测量)的积。温度上升ΔT如在下述步骤S3和S4中那样确定。在半导体元器件开始运转之前半导体元器件的层结构还没有老化，并且导致了参考值Rth,ref。
在半导体元器件开始运转之后现在应当确定具体的老化状态或者给出剩余寿命的预测。对此首先在步骤S3中测定半导体元器件的参考温度Tref，其中，测量半导体元器件IGBT 1上的电压Uce并且随后根据特征曲线(参见图3)测定相应一致的阻挡层温度作为Tref。
在随后的步骤S4中加热半导体元器件，并且测定当前的温度Ta。半导体元器件的加热例如通过短的负载电流脉冲实现。半导体元器件中的损失引起了相应的加热。直接导致的是在存在测量电流时测量集电极-发射极-电压(半导体元器件的阻挡层上的普遍电压)。最后，从图3的温度特征曲线中获得当前的温度Ta。
在后面的步骤S5中确定半导体元器件现在所具有的当前的热阻Rth,a。对此测定当前的温度Ta(当前的温度值)和在步骤S3中确定的参考温度Tref(参考温度值)之间的温度上升。得出的温度上升随后除以导致半导体元器件的加热的损失功率。
在步骤S6中测定当前的热阻Rth,a和参考阻值Rth,ref之间的差ΔRth，并且在步骤S7中例如与阙值比较。如果差ΔRth例如超过阙值，那么半导体元器件的热阻就明显升高，并且发生相应高的老化。因此，能够向驾驶员或设备发出相应一致的信息。然而该信息也能够通过任意其它操作取决于差ΔRth地生成。
此外在具体的实例中，电运行的机动车的变流器10根据图5具有三个半电桥HB1，HB2和HB3。其由流过冷却介质(例如50/50水/乙二醇-混合物)的冷却设备冷却。冷却介质11串行流过半电桥HB1至HB3。这意味着，当冷却半电桥HB1的时候，冷却剂根据图5所示的温度变化曲线在一开始具有最低的温度Tin。冷却介质11总是进一步加热，直到最后接收半电桥HB3的损失功率(或者热流)，并且达到输出温度Tout。相应地也在对称地加热时，半电桥HB3比半电桥HB2热，半电桥HB2在其自身方面比半电桥HB1热。因此为了确定变流器的老化状态而达到的是，确定半电桥HB3的老化状态。另一方面足够的是，在其年龄方面分析半电桥的IGBT或二极管。
因此，在上述实例中为了在现场使用具有在系列变频器中从负载变换测试中已知的老化监视功能的“主动的调教方法”以用于寿命检测。在识别老化时能够向驾驶员给出按情况特定的信息，例如找寻维修点。在这些情况下也能够在进一步老化时节流变频器的功率。因此避免了车辆由于功率半导体的取决于老化的故障而抛锚。其能够在可能的故障之前做出反应。可替换地，也能够在其它的、特别是具有很难预测的实施的负荷的应用中采用本发明，例如风力设备变频器。这是特别有利的，因为近海设备具有非常小的可接近性，并且经常承受高负载变换负荷。然而本发明也不局限于变流器，更不用说具有半电桥的变流器。本发明也能够用于其他所采用的功率半导体。
接下来描述一些另外的具体的实例和可行性变体方案。例如足够的是，对于调校特性曲线来说采用两个点：一个为室温(完全能够没有负载电流)并且一个为在唯一的例如5s长的电流脉冲之后近似例如90℃。该电流脉冲的电流强度也能够改变，并且不必是标称电流的100％或标称电流的50至100％。在这些情况下也能够作为DC电流的替代利用交流电在以脉冲方式运行半导体时进行加热。这具有的优点为，在发动机的通常的检测中，能够在检测之后立刻测定特征曲线的上点。特征曲线的下点能够随后在冷却后或者已经在检测前测定。特征曲线的测定因此能更好地集成到最后检测中。
本发明也能专门用于以高压电池供给的电运行的机动车。相应地，变流器在那里与中间电路电压相对地接通，其在机动车的情况下位于400V的范围中。在用于风力设备的变流器中，中间电路电压部分地也为几kV。变频器的开关频率在汽车和风力设备中大多在kHz的范围中。
在上述现场测量中在功率半导体上始终接有按运行预设的负载。因此例如在安装的系列变频器中，负载是发动机(在汽车或工业驱动中)或者发电机(在风力设备中)。用于加热用于Rth确定的功率半导体的电流能够经由电流源或网络提供。处于安全原因通常要求的是，电机通常在测试时不运动。功率半导体或者变流器的驱控因此不得不相应地实现。
用于测定老化状态的方法能够由此优化，即多次进行测量。因此，必须例如在存在用于确定损失功率的负载电流时测量集电极-发射极-电压Uce。因为该测量对于测定连接抽头是必须的，所以能够由其获得两个信息。
Claims (17)
1.一种用于提供关于功率电子设备的半导体元器件的老化状态的信息(Info)的方法，所述方法如下实现
-在所述半导体元器件开始运转之前：
о测定(S1)所述半导体元器件的温度相对于在所述半导体元器件上的电压的特征曲线，并且
о从所述半导体元器件的温度上升和损失功率的商中测定(S2)所述半导体元器件的热阻的参考阻值，
-在所述半导体元器件开始运转之后：
о测量(S3)在存在测量电流时在所述半导体元器件上的电压，并且根据所述特征曲线从测量的电压中确定参考温度值，
о通过由损失功率引起的负载电流加热(S4)所述半导体元器件，测量在加热后在所述半导体元器件上存在所述测量电流时的当前电压，并且根据所述特征曲线从所述当前电压中确定当前的温度值，
о从在所述当前的温度值和所述参考温度值之间测定的温度上升中确定(S5)所述半导体元器件的当前的热阻值和所述损失功率，
о测定(S6)所述当前的热阻值和所述参考阻值之间的差，并且
о取决于所述差，发出(S7)关于所述半导体元器件的所述老化状态的所述信息(Info)，
其中，设置用于集成的通信系统，所述通信系统借助于合适的通信连接传输关于所述半导体元器件的所述老化状态的所述信息。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述当前的温度值代表所述半导体元器件的阻挡层的虚拟的温度。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述测量电流比所述负载电流小至少两个数量级。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述负载电流是脉动的。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中，将所述半导体元器件连接到电机上，并且以用于加热所述半导体元器件的所述负载电流给所述电机通电，以使得所述电机基本上不运动。
6.根据权利要求5所述的方法，所述方法直接在开启所述电机之前或者在关闭所述电机之后进行。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其中，对所述特征曲线在所述半导体元器件开始运转之前的所述测定(S1)利用如同对所述半导体元器件上的所述电压的所述测量(S3)和在所述半导体元器件开始运转之后对所述半导体元器件的所述加热(S4)的办法实现。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述半导体元器件是变流器(10)的一部分。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述半导体元器件是所述变流器(10)的多个半电桥中的一个的一部分，并且其中，所述半电桥串行地依次由冷却剂流(11)冷却，并且仅由被所述冷却剂最后流过的半电桥估测老化状态。
10.根据权利要求1或2所述的方法，其中，取决于发出的所述信息(Info)，控制所述半导体元器件的功率。
11.根据权利要求1或2所述的方法，其中，借助于关于所述半导体元器件的所述老化状态的所述信息(Info)为应用相关的用户提供另外的据此所推导出的技术上的提示和/或由此开启的处理选项。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，为所述应用相关的用户所推导出的所述技术上的提示和由此开启的所述处理选项借助于存在于车辆中的信息系统和/或诊断系统视觉地和/或听觉地和/或通过机械反馈来提供。
13.根据权利要求1或2所述的方法，其中，为半导体元器件的制造商和/或为集成了半导体元器件的产品的制造商和/或为维修和维护服务提供商提供关于所述半导体元器件的所述老化状态的所述信息(Info)，用于借助于所述维修和维护服务提供商的相应的信息系统和/或诊断系统进行进一步加工和描述。
14.根据权利要求11所述的方法，其中，将关于所述半导体元器件的所述老化状态的所述信息同时刻地传输给所述应用相关的用户和/或相应的制造商和/或所选择的维修和维护服务提供商。
15.根据权利要求11所述的方法，其中，所述技术上的提示和/或由此开启的处理选项是用于所述用户的使用行为的建议和/或警告。
16.一种用于电机的功率半导体装置，具有
-功率电子设备的半导体元器件，
-存储装置，在所述存储装置中存储了
о所述半导体元器件的温度相对于在所述半导体元器件上的电压的特征曲线以及
о来自所述半导体元器件的温度上升和损失功率的商的所述半导体元器件的热阻的参考阻值，和
-测量装置，以用于执行下述步骤：
о测量(S3)在存在测量电流时在所述半导体元器件上的电压，并且根据所述特征曲线从测量的电压中确定参考温度值，
о通过由损失功率引起的负载电流加热(S4)所述半导体元器件，测量在加热后在所述半导体元器件上存在所述测量电流时的当前电压，并且根据所述特征曲线从所述当前电压中确定当前的温度值，
о从在所述当前的温度值和所述参考温度值之间测定的温度上升中确定(S5)所述半导体元器件的当前的热阻值和所述损失功率，
о测定(S6)当前的所述热阻值和所述参考阻值之间的差，并且
о取决于所述差，发出(S7)关于所述半导体元器件的老化状态的信息(Info)，
其中，设置用于集成的通信系统，所述通信系统借助于合适的通信连接传输关于所述半导体元器件的所述老化状态的所述信息。
17.根据权利要求16所述的功率半导体装置，所述功率半导体装置集成到机动车、光电池设备或者风轮中。
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